心肌组织工程学的发展为修复受损的心肌提供了巨大动力,在新药研发与毒性筛选领域也发挥了重要作用。利用水凝胶支架构建与天然心肌组织相似结构和生理功能的体外工程化心肌组织已经取得了很大进展。然而,以往的水凝胶支架材料构建的心肌微组织缺乏类似天然心肌的收缩-兴奋耦联与电传导特性,无法为心肌细胞提供良好的导电微环境。同时天然的肌纤维以各向异性的方式平行排列,通过闰盘结构调节心肌细胞机械和电传导性能,使得心肌细胞能够适应来自微环境的物理、电和机械刺激,但是目前大多数合成的水凝胶支架是各向同性的。基于此,本论文主要利用纳米材料学和组织工程学的研究方法和思路,基于金基和碳基纳米材料制备几种合适的导电复合水凝胶支架并引入各向异性结构,在外加电/磁场作用下促进心肌细胞定向生长和成熟,以此获得成熟的体外工程化心肌组织。此外,也探索了潜在的适合心肌细胞包埋和三维培养的支架材料,最终期望以心肌补片或注射形式用于心肌梗死等缺血性心脏病的心肌修复和再生。具体研究内容如下:（1）制备了水分散型的超高长径比金纳米线（Au NWs）,掺入到甲基丙烯酸化明胶（GelMA）水凝胶基质中,提高了水凝胶的导电和机械性能,促进了心肌细胞的成熟。研究了不同结构金纳米材料（颗粒、棒和线）复合水凝胶对心肌细胞的功能产生的影响。其中,Au NWs复合组对心肌细胞的细胞保持和兴奋阈值、辅肌动蛋白组织排列、间隙连接蛋白表达和钙离子调控成熟以及相关成熟基因表达上调等方面均表现出明显的促进作用,表明了超高长径比的Au NWs在心肌组织工程领域有潜在的应用前景。（2）以多巴胺还原的氧化石墨烯（PDA-rGO）为导电填充剂,制备得到了GelMA-PDA-rGO导电复合水凝胶支架。与纯GelMA水凝胶相比,接种在GelMA-PDA-rGO导电复合水凝胶支架上的心肌细胞无论在有/无外加电刺激下,均表现出更加成熟的表型。同时我们发现在导电水凝胶支架上施加电刺激对心肌细胞的功能性和成熟度具有协同增强效应。（3）制备了一种具有电、磁双功能的多巴胺还原的氧化石墨烯-四氧化三铁（PDA-rGO-Fe3O4）纳米复合物以及各向异性和电磁多功能复合水凝胶支架（GelMA-PDA-rGO-Fe3O4）。接种在各向异性复合水凝胶表面的心肌细胞呈现定向生长,并自发地定向收缩和舒张,而各向同性组和GelMA组上的心肌细胞则任意方向分布和生长。在外加电刺激条件下,心肌细胞的电生理行为、心肌相关蛋白表达和钙离子处理能力均得到了显著提升。体外搭建了磁场刺激装置以探究交变磁刺激对心肌细胞的功能影响。搏动行为和RT-PCR等结果显示磁刺激结合各向异性的水凝胶结合磁场刺激协同促进了心肌细胞成熟。（4）以GelMA和透明质酸（HA）为基底材料,制备酶、光双交联的HAMA-P-GelMA双网络复合水凝胶。初步研究了包埋内皮细胞和心肌细胞3D培养的可能性,高浓度的SA交联的HAMA-P水凝胶因为快的凝胶动力学而具有可注射性,可包埋细胞通过3D打印应用于心肌缺损修复。双网络复合水凝胶改善了人脐静脉内皮细胞（HUVECs）的活力、粘附和铺展行为,并增强了整体支架的理化性能。在双网络复合水凝胶中心肌细胞与HUVECs 3D共培养能提高心肌细胞的铺展能力。